ELEKTRISCHE PUMPE ELECTRIC PUMP
Die Erfindung betrifft eine elektrische Pumpe, mit einem Pumpenrad, das über eine Welle mit mindestens einem Permanentmagnet-Rotor eines Elektromotors gekoppelt ist, und einem hermetisch abgeschlossenen Gehäuse, in welchem die Welle gelagert ist, und das als Öffnungen lediglich den druckseitigen und saug- seitigen Anschluß für das Pumpgut aufweist.The invention relates to an electric pump with a pump wheel, which is coupled via a shaft to at least one permanent magnet rotor of an electric motor, and a hermetically sealed housing, in which the shaft is mounted, and as openings only the pressure-side and suction-side Has connection for the pump material.
Bei der vorliegenden Erfindung geht es speziell um leistungsstarke Pumpen mit einer elektrischen Leistung im Bereich von 10 kW und darüber. Werden derart leistungsstarke Pumpen in ein Rohrleitungs- system eingebaut, so sieht man als Antrieb für die •eigentliche Pumpeneinheit einen außen an das Pumpengehäuse angeflanschten Motor vor.The present invention is specifically concerned with powerful pumps with an electrical output in the range of 10 kW and above. If such high-performance pumps are installed in a pipeline system, the motor for the actual pump unit is • provided with a motor flanged to the outside of the pump housing.
Die Pumpenaggregate mit einer Leistung in dem obengenannten Bereich sind schwer und voluminös. Es ist eine spezielle Lagerung auf einem Fundament erforderlich. Eine direkte, freitragende Inte¬ gration in das Rohrleitungssystem ist mit den bekannten Pumpen nicht möglich.The pump units with a performance in the above range are heavy and bulky. Special storage on a foundation is required. A direct, self-supporting integration into the pipeline system is not possible with the known pumps.
Nun gibt es besondere gesetzliche Vorschriften über die Auslegung von Pumpen, insbesondere solchen Pumpen, die für umweltbelastende Fluide eingesetzt werden. Es muß gewährleistet sein, daß ein Austritt der umweltgefährdenden Fluide verhindert wird. Dies wirft spezielle Probleme bei der Abdichtung der Wellendurchführung auf. Bei den bekannten Pumpen
trat zumindest an einer Stelle des Pumpengehäuses die drehende Welle aus dem Gehäuse aus. Hier müssen besondere Dichtungsmaßnahmen getroffen werden.Now there are special legal regulations on the design of pumps, especially those pumps that are used for environmentally harmful fluids. It must be ensured that the environmentally hazardous fluids are prevented from escaping. This poses special problems when sealing the shaft bushing. With the known pumps the rotating shaft emerged from the housing at least at one point of the pump housing. Special sealing measures must be taken here.
Es wurde bereits eine elektrische Pumpe der ein¬ gangs genannten Art vorgeschlagen, bei der Maßnah¬ men getroffen sind, um den Austritt der Welle aus dem Pumpengehäuse zu verhindern. Hierzu ist bei der bekannten elektrischen Pumpe ein den Elektromotor, die Antriebswelle und das auf der Antriebswelle sitzende Pumpenrad umschließendes Gehäuse vorgese¬ hen. Diese Pumpe trägt den gesetzlichen Vorschrif¬ ten Rechnung und vermeidet komplizierte Dichtungs¬ maßnahmen; denn, da die Welle an keiner Stelle aus dem Gehäuse austritt, hat das Pumpgut praktisch keine Gelegenheit, aus dem Gehäuse zu gelangen.An electric pump of the type mentioned at the outset has already been proposed, in which measures are taken to prevent the shaft from emerging from the pump housing. For this purpose, in the known electric pump, a housing enclosing the electric motor, the drive shaft and the pump wheel seated on the drive shaft is provided. This pump takes into account the legal requirements and avoids complicated sealing measures; because, since the shaft does not emerge from the housing at any point, the pump material has practically no opportunity to get out of the housing.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine elektrische Pumpe der eingangs genannten Art anzu- geben, die sich mühelos in Rohrleitungssysteme ohne spezielle Lagerungen einbauen läßt, und die außer¬ dem durch Vermeidung von Wellendurchführungen im Gehäuse den Austritt von Pumpgut zuverlässig verhindert.The invention has for its object to provide an electric pump of the type mentioned, which can be easily installed in piping systems without special bearings, and which also prevents the escape of pumped material by avoiding shaft bushings in the housing.
Gelöst wird diese Aufgabe dadurch, daß der Rotor im Inneren und die Statorteile des Stators des Elek¬ tromotors außerhalb des Gehäuses angeordnet sind.This object is achieved in that the rotor is arranged inside and the stator parts of the stator of the electric motor are arranged outside the housing.
Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß zuerst und vor allem dafür gesorgt werden muß, daß die das Pumpenrad antreibende Welle an keiner Stelle aus dem Gehäuse austritt. Während bei dem älteren Vorschlag hierzu der gesamte Elektromotor, zusammen mit Welle und Pumpenrad, jedoch ohne Steu¬ erelektronik, in dem Gehäuse untergebracht war, geht die vorliegende Erfindung noch einen Schritt
weiter: Von dem Elektromotor wird lediglich der Permanentmagnet-Rotor innerhalb des Gehäuses unter¬ gebracht, während der Stator sich außerhalb des Gehäuses befindet. Man erreicht durch diese Maßnah- me eine noch kompaktere Bauweise des Gehäuses einerseits und ist andererseits hinsichtlich der Ausgestaltung des Stators freier.The invention is based on the knowledge that, first and foremost, care must be taken to ensure that the shaft driving the pump wheel does not emerge from the housing at any point. While in the older proposal the entire electric motor, together with the shaft and pump wheel, but without control electronics, was housed in the housing, the present invention goes one step further Further: only the permanent magnet rotor is accommodated inside the housing by the electric motor, while the stator is located outside the housing. This measure on the one hand achieves an even more compact design of the housing and on the other hand it is freer with regard to the design of the stator.
Natürlich müssen die Statorteile des Stators derart positioniert sein, daß eine Wechselwirkung zwischen Stator und Rotor erfolgen kann. In einer speziellen Ausfuhrungsform sieht die Erfindung vor, daß der Rotor aus über den Wellenumfang verteilt angeordne¬ ten, radial orientierten Dauermagnetpolen wechseln- der Polarität besteht und daß der Stator als axial mit dem Rotor ausgerichteter, ferromagnetischer Ring mit Spulenwicklungen außen auf der Gehäusewand gelagert ist.Of course, the stator parts of the stator must be positioned in such a way that the stator and rotor can interact. In a special embodiment, the invention provides that the rotor consists of radially oriented permanent magnetic poles of alternating polarity distributed over the shaft circumference, and that the stator is mounted on the outside of the housing wall as a ferromagnetic ring with coil windings that is axially aligned with the rotor .
Im einfachsten Fall ist nur ein einziger Rotor in Verbindung mit einem einzigen Stator vorhanden. Zur Erhöhung der Antriebsleistung können auch mehrere Rotoren axial versetzt auf der Antriebswelle sitzen, wobei dann außerhalb des Gehäuses eine entsprechende Anzahl von Statoren vorhanden ist.In the simplest case, there is only a single rotor in connection with a single stator. To increase the drive power, several rotors can also be axially offset on the drive shaft, a corresponding number of stators then being present outside the housing.
Zwischen dem Außenumfang des Rotors und dem Innenumfang des Stators soll natürlich ein möglichst geringer Spalt vorhanden sein. Hierzu wird das Gehäuse zwischen Rotor und Stator so dünn wie möglich ausgebildet. Erfindungsgemäß liegt die Dicke des Gehäuses zwischen Rotor und Stator unter¬ halb von 10 mm, vorzugsweise unter 5 mm.The smallest possible gap should of course be present between the outer circumference of the rotor and the inner circumference of the stator. For this purpose, the housing between the rotor and stator is made as thin as possible. According to the invention, the thickness of the housing between the rotor and the stator is less than 10 mm, preferably less than 5 mm.
Das Gehäuse kann praktisch aus einem Guß bestehen. Aus fertigungstechnischen Gründen kann z.B. ein etwa zylindrisches Gehäuse in zwei Längshälften
unterteilt hergestellt werden, wobei die Längshälf¬ ten dann nach dem Einbau der Teile in das Gehäuse zusammengeschweißt oder zusammengeschraubt werden.The housing can practically consist of one casting. For manufacturing reasons, for example, an approximately cylindrical housing in two longitudinal halves are produced in a divided manner, the longitudinal halves then being welded or screwed together after the parts have been installed in the housing.
Man kann aber auch unterschiedliche Materialien in verschiedenen Bereichen des Gehäuses vorsehen, indem man das Gehäuse aus mehreren axial aneinan¬ derzufügenden Teilen herstellt. Vorzugsweise handelt es sich bei dem Material des Gehäuses um Keramik oder einen nicht-ferromagnetischen Stahl geringer elektrischer Leitfähigkeit. Bei Zwei¬ teilung des Gehäuses in axialer Richtung wird im Bereich des Pumpenrades bevorzugt Gußstahl oder Gußeisen für das Gehäuse vorgesehen, während im Bereich des Elektromotors Keramik oder nicht-ferro- magnetischer Stahl geringer elektrischer Leitfähig¬ keit vorgezogen wird.However, different materials can also be provided in different areas of the housing by producing the housing from several parts to be axially joined together. The material of the housing is preferably ceramic or a non-ferromagnetic steel of low electrical conductivity. When the housing is divided in two in the axial direction, cast steel or cast iron is preferably provided for the housing in the area of the pump wheel, while ceramic or non-ferromagnetic steel of low electrical conductivity is preferred in the area of the electric motor.
' Zum Halten der Dauermagnetpole am Rotor wird vorzugsweise am Außenumfang des Rotors eine dünne ' To hold the permanent magnetic poles on the rotor, a thin one is preferably used on the outer circumference of the rotor
Bandage vorgesehen, z.B. aus faserverstärktemBandage provided, e.g. made of fiber reinforced
Kunststoff oder einem nicht-ferromagnetischen Stahl geringer elektrischer Leitfähigkeit.Plastic or a non-ferromagnetic steel with low electrical conductivity.
Aus konstruktiven Gründen einerseits und aus Gründen einer hohen Lebensdauer andererseits kann man die Welle auf verschiedene Weise innerhalb des Gehäuses lagern.For constructional reasons on the one hand and for reasons of a long service life on the other hand, the shaft can be stored within the housing in various ways.
In einer Variante ist die Welle beidseitig des Pumpenrades gelagert, während der Rotor fliegend angeordnet ist. Das heißt: Die Welle ist z.B. an einem von dem Rotor fernen Ende des Gehäuses und in einem mittleren Gehäusebereich gelagert, wobei zwischen diesen beiden Lagern das Pumpenrad fest auf der Welle sitzt. Auf der dem Pumpenrad gegen¬ überliegenden Seite des Lagers steht die Welle ein
Stück aus dem Lager hervor, und an diesem freien Ende der Welle ist der Rotor bzw. sind die Rotoren befestigt.In a variant, the shaft is supported on both sides of the pump wheel, while the rotor is arranged on the fly. This means that the shaft is mounted, for example, on an end of the housing remote from the rotor and in a central housing area, the pump wheel being firmly seated on the shaft between these two bearings. The shaft protrudes on the side of the bearing opposite the pump wheel Piece out of the bearing, and the rotor or the rotors are attached to this free end of the shaft.
Wenn mehrere Rotoren und Statoren vorgesehen sind, können diese auch symmetrisch auf beiden Seiten des Pumpenrades angeordnet sein.If several rotors and stators are provided, these can also be arranged symmetrically on both sides of the pump wheel.
Eine einfache Montage wird dadurch erreicht, daß die Statorteile in einem Statorträger befestigt sind, welcher an dem Gehäuse befestigt ist. Man kann die Statorteile auch an zwei Statorträgern befestigen, die beidseitig beispielsweise an einemA simple assembly is achieved in that the stator parts are fastened in a stator carrier which is fastened to the housing. The stator parts can also be attached to two stator supports, for example on one side
Gehäuseflansch des Gehäuses befestigt werden. Die Statorträger sind vorgefertigte Teile aus beispielsweise Kunststoff oder einem nicht-ferro- magnetischen Stahl, wobei der Statorring mit seinenHousing flange of the housing are attached. The stator carriers are prefabricated parts made of, for example, plastic or a non-ferromagnetic steel, the stator ring with its
Spulenwicklungen fest mit dem Statorträger verschraubt ist. Der Statorträger läßt sich dann seinerseits mit über den Umfang verteiltenCoil windings is firmly screwed to the stator carrier. The stator carrier can then in turn be distributed over the circumference
Schrauben an einem Radialflansch des Gehäuses befestigen.Fasten the screws to a radial flange of the housing.
Speziell bei einem zylindrischen Gehäuse soll der statorträger das Gehäuse über den gesamten Umfang, vorzugsweise auch an einer Stirnseite, topfförmig, umschließen.Especially in the case of a cylindrical housing, the stator carrier should enclose the housing in a pot-like manner over the entire circumference, preferably also on one end face.
Durch die Erfindung ist es möglich, die Stromzufüh- rungen zu den Spulenwicklungen des Stators ohne besondere Maßnahmen auszubilden, da eine Gehäuse¬ durchführung nicht notwendig ist. Ferner kann man ohne besonderen Aufwand eine Kühlung, speziell eine Flüssigkeitskühlung, für den Stator vorsehen.The invention makes it possible to design the current leads to the coil windings of the stator without special measures, since it is not necessary to pass through the housing. Furthermore, cooling, especially liquid cooling, can be provided for the stator without any particular effort.
Eine besonders kompakte Bauweise erzielt man, wenn der Außendurchmesser des Rotors (wenn nichts
anderes gesagt ist, umfaßt hier der Begriff "der Rotor" auch die Ausfuhrungsformen mit mehreren axial nebeneinanderliegenden Rotoren) größer oder höchstens gleich der Länge der Dauermagnetpole eines einzelnen Rotors in axialer Richtung ist. Der Durchmesser des Pumpenrades oder des pumpenseitigen Gehäuses soll etwa gleich dem Außendurchmesser des Statorträgers sein.A particularly compact design can be achieved if the outside diameter of the rotor (if nothing in other words, the term "the rotor" here also includes the embodiments with several axially adjacent rotors) greater than or at most equal to the length of the permanent magnet poles of an individual rotor in the axial direction. The diameter of the pump wheel or the pump-side housing should be approximately equal to the outer diameter of the stator carrier.
Um eine hohe Leistung des Motors zu erreichen, sollen die Dauermagnetpole auf dem Rotor von radial magnetisierten, hochkoerzitiven Dauermagneten des Typs Seltenerd-Metall mit radial innen angeordnetem ferromagnetischem Rückschluß gebildet werden.In order to achieve a high performance of the motor, the permanent magnet poles on the rotor should be formed by radially magnetized, highly coercive permanent magnets of the rare earth metal type with a ferromagnetic back yoke arranged radially on the inside.
Alternativ sieht die Erfindung vor, daß die Dauer¬ magnetpole auf dem Rotor durch in Umfangsrichtung magnetisierte hochkoerzitive Dauermagnete des Typs Seltenerd-Metall und ferro agnetische Flußkeile nach dem Flußsammlerprinzip gebildet werden.Alternatively, the invention provides that the permanent magnetic poles on the rotor are formed by highly coercive permanent-magnet magnets of the rare earth metal type and ferro-magnetic flux wedges according to the flux collector principle.
Diese ferromagnetischen Flußkeile werden unten noch näher erläutert. Die Dauermagneten des Rotors sind in dem zur Rotorachse senkrechten Querschnitt etwas trapezförmig ausgebildet, wobei die kürzere Seite der beiden parallelen Trapezseiten radial außen liegt. Die Dauermagnete sind in Umfangsrichtung orientiert, wobei jeweils ein Nordpol eines Magne¬ ten einem Südpol des benachbarten Magneten gegen- überliegt und umgekehrt. Zwischen zwei benachbarten Dauermagneten befindet sich ein im Querschnitt dreieckiger Flußkeil, dessen Grundlinie radial außen liegt. Diese Basislinie ist weniger als halb so groß wie die radiale Höhe der einzelnen Magneten. Hierdurch ergibt sich eine Konzentration der Kraftlinien, die in radialer Richtung aus der Rotoroberfläche austreten.
Die Spulenwicklungen sind in Nuten innerhalb des ferromagnetischen Rings angeordnet. Die Kommutie- rung innerhalb der Spulenwicklungen des Stators erfolgt elektronisch. Die Leistung und/oder die Drehzahl der Pumpe ist innerhalb des Betriebs¬ bereichs stufenlos einstellbar.These ferromagnetic wedges are explained in more detail below. The permanent magnets of the rotor have a somewhat trapezoidal shape in the cross section perpendicular to the rotor axis, the shorter side of the two parallel trapezoidal sides being located radially on the outside. The permanent magnets are oriented in the circumferential direction, a north pole of a magnet lying opposite a south pole of the adjacent magnet and vice versa. Between two adjacent permanent magnets there is a river wedge with a triangular cross-section, the base line of which lies radially on the outside. This baseline is less than half the radial height of the individual magnets. This results in a concentration of the lines of force emerging from the rotor surface in the radial direction. The coil windings are arranged in slots within the ferromagnetic ring. Commutation within the coil windings of the stator is done electronically. The power and / or the speed of the pump is infinitely adjustable within the operating range.
Außer der Variante mit über den Umfang verteilten Dauermagneten des Rotors und radial außerhalb des Rotors angeordneten Statorteilen sieht die Erfin¬ dung auch eine andere Variante eines Elektromotors vor. Diese zeichnet sich dadurch aus, daß der Rotor aus einer Anzahl von sektorförmigen, zu einer Scheibe konfigurierten Dauermagnetpolen mit axialer Feldorientierung besteht, und daß der Stator stirn¬ seitig an dem Gehäuse angeordnet ist und eine im wesentlichen der Polzahl des Rotors entsprechende Anzahl von im wesentlichen in einer Ebene angeord¬ neten Spulenwicklungen aufweist.In addition to the variant with permanent magnets of the rotor distributed over the circumference and stator parts arranged radially outside the rotor, the invention also provides another variant of an electric motor. This is distinguished by the fact that the rotor consists of a number of sector-shaped permanent magnet poles configured to form a disk with axial field orientation, and that the stator is arranged on the end face of the housing and an essentially corresponding number of poles of the rotor has coil windings arranged in one plane.
Als Stellungsgebersystem kann ein auf induktiver Basis arbeitendes Auflösungssystem oder auch ein aus Hallsonden und rotierenden Steuerungsmagneten aufgebautes System vorgesehen werden.
A resolution system working on an inductive basis or a system composed of Hall probes and rotating control magnets can be provided as the position transmitter system.
Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfin¬ dung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:Exemplary embodiments of the invention are explained in more detail below with reference to the drawings. Show it:
Fig. 1 eine Längsschnittansicht durch einen Teil einer elektrischem Pumpe, wobei der Pumpenteil mit Pumpenrad weggelassen ist;Figure 1 is a longitudinal sectional view through part of an electric pump, the pump part with impeller is omitted.
Fig. 2 eine Längsschnittansicht entsprechendFig. 2 is a longitudinal sectional view accordingly
Fig. 1 mit etwas anderer Ausgestaltung des Statorträgers;1 with a slightly different configuration of the stator carrier;
Fig. 3 einen Längsschnitt durch eine zweite Aus uhrungsform einer elektrischen Pumpe,3 shows a longitudinal section through a second embodiment of an electric pump,
Fig. 4A eine Prinzip-Darstellung einer elektri¬ schen Pumpe mit zwei Rotoren auf der die Rotoren und ein Pumpenrad tragenden Wel- le, wobei beide Rotoren auf derselben4A shows a schematic diagram of an electrical pump with two rotors on the shaft carrying the rotors and a pump wheel, both rotors on the same
Seite des Pumpenrads liegen;Side of the impeller;
Fig. 4B eine ähnliche Ansicht wie Fig. 4A, wobei jedoch der eine Rotor auf der einen und der andere Rotor auf der anderen Seite des Pumpenrads angeordnet ist.4B is a view similar to FIG. 4A, but with one rotor on one side and the other rotor on the other side of the impeller.
Fig. 5 eine schematische Querschnittansicht desFig. 5 is a schematic cross-sectional view of the
Rotors der elektrischen Pumpe, wobei die Anordnung der Dauermagneten des Rotors und zwischen den Dauermagneten liegender Flußkeile verdeutlicht ist, undRotor of the electric pump, wherein the arrangement of the permanent magnets of the rotor and flow wedges lying between the permanent magnets is clarified, and
Fig. 6 eine vergrößerte Querschnittdarstellung der in Fig. 5 dargestellten Dauermagneten und Flußkeile.
Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch eine elektri- sehe Pumpe 2, wobei hier lediglich der Antriebsteil in Verbindung mit dem Gehäuse dargestellt ist. Rechts in Fig. 1 schließt sich an den Elektromotor- Antriebsteil 4 ein Pumpenteil 6 an, dessen (nicht dargestelltes) Pumpenrad auf einer Welle 8 sitzt. Der Aufbau des Pumpenteils ist an sich bekannt und wird weiter unten in Verbindung mit Fig. 3 nochmals kurz erläutert.Fig. 6 is an enlarged cross-sectional view of the permanent magnets and river wedges shown in Fig. 5. 1 shows a longitudinal section through an electric pump 2, only the drive part being shown here in connection with the housing. On the right in FIG. 1, the electric motor drive part 4 is followed by a pump part 6, the pump wheel (not shown) of which sits on a shaft 8. The structure of the pump part is known per se and is briefly explained again below in connection with FIG. 3.
Ein (Pumpen-)Gehäuse 10 setzt sich aus mehreren Gehäuseteilen zusammen: Im Bereich des Elektro¬ motor-Antriebsteils 4 ist ein aus Keramik bestehen¬ des, etwa becherförmiges Gehäuseteil 10a vorgese¬ hen, an dessen freiem Ende sich außen ein Ring¬ flansch 10b und dann ein Mittelteil 10c anschließt. Dieses Mittelteil 10c besteht ebenso wie der Ring¬ flansch 10b und das nach rechts anschließende Gehäuseteil lOd aus Gußeisen oder Gußstahl.A (pump) housing 10 is composed of several housing parts: in the area of the electric motor drive part 4 there is provided an approximately cup-shaped housing part 10a made of ceramic, at the free end of which there is an annular flange 10b on the outside and then connects a middle part 10c. This middle part 10c, like the ring flange 10b and the housing part 10d adjoining to the right, is made of cast iron or cast steel.
Die Welle 8 ist in einer Durchgangsbohrung des Gehäuseteils 10c drehbar gelagert. Die Welle steht bezüglich des Lagers links in eine Gehäusekammer 15 vor, wo an ihrem freien Ende mittels einer Befesti¬ gungsschraube 14 ein Rotor 12 befestigt ist.The shaft 8 is rotatably supported in a through hole in the housing part 10c. The shaft projects with respect to the bearing on the left into a housing chamber 15, where a rotor 12 is fastened at its free end by means of a fastening screw 14.
Der Rotor besteht aus einem ringförmigen Teil aus nicht-ferromagnetischem Stahl und trägt auf seinem Umfang eine vorbestimmte Anzahl von Dauermagneten 19, unter denen sich zur Bildung von Dauermagnet¬ polen 16 Mittel 17 für einen ferromagnetischen Rückschluß befinden. Am Außenumfang werden die Dauermagnetpole 16 von einer Bandage 18 aus faser¬ verstärktem Kunststoff gehalten.
Zwischen der Außenfläche des Rotors 12, d.h. zwischen der Außenseite der Bandage 18, und der Innenfläche des Zylindermantel örmigen Abschnitts lOy des Gehäuseteils 10a befindet sich nur ein sehr kleiner Luftspalt.The rotor consists of an annular part made of non-ferromagnetic steel and carries on its circumference a predetermined number of permanent magnets 19, among which there are 16 means 17 for the formation of permanent magnet poles for ferromagnetic inference. The permanent magnetic poles 16 are held on the outer circumference by a bandage 18 made of fiber-reinforced plastic. There is only a very small air gap between the outer surface of the rotor 12, ie between the outside of the bandage 18 and the inner surface of the cylinder shell-shaped section 10y of the housing part 10a.
Auf der Außenseite des Zylindermantelförmigen Abschnitts lOy des Gehäuseteils 10a sitzt ein aus ferromagnetischem Material bestehender Ring 24, der den gesamten Gehäuseteil 10a über den Umfang umfaßt.On the outside of the cylindrical jacket-shaped section 10y of the housing part 10a is a ring 24 made of ferromagnetic material, which surrounds the entire housing part 10a over the circumference.
Der ferromagnetische Ring 24 enthält eine der Polpaarzahl des Rotors 12 in etwa entsprechende Anzahl von Spulenwicklungen 24.The ferromagnetic ring 24 contains a number of coil windings 24 that approximately corresponds to the number of pole pairs of the rotor 12.
Der Ring 24 ist mittels durch gestrichelte Linien 28 angedeuteter Schrauben axial an einem aus beispielsweise Kunststoff oder nicht-ferromagneti- sche Stahl bestehendem Spulenträger 20 befestigt. Der Spulenträger 20 ist seinerseits mittels über den Umfang verteilter Schrauben 22 an dem Ring¬ flansch 10b befestigt.The ring 24 is fastened axially to a coil carrier 20 consisting of, for example, plastic or non-ferromagnetic steel, by means of screws indicated by dashed lines 28. The coil carrier 20 is in turn fastened to the ring flange 10b by means of screws 22 distributed over the circumference.
Zu dem Spulenträger 20 gehört eine äußere Radial¬ wand 20a. Die den Ring 24 mit den Spulenwicklungen 26 aufnehmende Kammer 25 ist außen von einem Deckel 20b verschlossen.An outer radial wall 20a belongs to the coil carrier 20. The chamber 25 receiving the ring 24 with the coil windings 26 is closed on the outside by a cover 20b.
In die Kammer 25 wird (von hier nicht dargestellten Mitteln) eine Kühlflüssigkeit eingeleitet.A cooling liquid is introduced into the chamber 25 (by means not shown here).
Nicht dargestellt in der Zeichnung sind die Anschlüsse für die Spulenwicklungen. Die Steuer¬ elektronik für den Rotor befindet sich außerhalb des gesamten Gehäuses an einer entfernten Stelle.
Durch elektronische Kommutierung werden die Stator¬ ströme innerhalb der Spulenwicklungen - wie bei Elektromotoren üblich - so gesteuert, daß sich der Rotor 12 und mithin die Welle 8 dreht. Das Dreh¬ moment wird auf das rechts in Fig. 1 anschließende Pumpenrad übertragen.The connections for the coil windings are not shown in the drawing. The control electronics for the rotor are located outside the entire housing at a remote location. By electronic commutation, the stator currents within the coil windings are controlled, as is customary in the case of electric motors, in such a way that the rotor 12 and therefore the shaft 8 rotate. The torque is transferred to the pump wheel adjoining on the right in FIG. 1.
Fig. 2 zeigt eine zu Fig. 1 sehr ähnliche Ausge- staltung, mit dem Unterschied, daß ein Statorträger 40 komplett einstückig ausgeführt ist und die motorseitige Außenfläche 10a, lOy des Gehäuses vollständig umfaßt. Außerdem sind in Fig. 2 Stellungsgebereinrichtungen eingetragen. Die Stel- lungseinrichtungen enthalten einen mit dem Rotor 12 gekoppelten und umlaufenden, Dauermagnete tragenden Ring 50 und einen diesem radial außen gegenüberlie¬ genden Träger 60 mit Hallsonden, an denen die Dauermagnete vorbeilaufen.FIG. 2 shows an embodiment very similar to FIG. 1, with the difference that a stator carrier 40 is made in one piece and completely encompasses the outer surface 10a, 10y of the housing on the motor side. In addition, position transmitter devices are entered in FIG. The position devices contain a ring 50, which is coupled to the rotor 12 and rotates and carries permanent magnets, and a support 60 with Hall probes, which is located radially on the outside and against which the permanent magnets pass.
Fig. 3 zeigt eine andere Ausfuhrungsform der Erfin¬ dung. Bevor die Besonderheiten dieser Ausführungs¬ form erläutert werden, sei kurz auf den eigent¬ lichen Pumpenteil eingegangen. In Fig. 3 sind ähn- liehe Teile wie in Fig. 1 und Fig. 2 mit ähnlichen, jeweils um "100" erhöhten Bezugszeichen bezeichnet.3 shows another embodiment of the invention. Before the special features of this embodiment are explained, the actual pump part will be briefly discussed. In FIG. 3, parts similar to those in FIGS. 1 and 2 are denoted by similar reference numerals, each increased by “100”.
Gemäß Fig. 3 ist in einem in Längsrichtung zusa - menhängend ausgebildeten Gehäuse 110 eine Welle 108 in dem in Fig. 3 links dargestellten Bereich (etwa zwischen Ende und Mitte der Welle) von einem radia¬ len Innenflansch des Gehäuses und mittels eines Simmerrings 126 und außerdem in der rechten Stirn- fläche 1101 des Gehäuses 110 mittels einer Lagerung 142 gelagert. Etwa mittig auf der Welle sitzt ein Pumpenrad 130, in welchem gekrümmte Kanäle 132
ausgebildet sind, die sich von einem axial orien¬ tierten Einlaß zu einem radial orientierten Auslaß am Umfang des Pumpenrades 130 erstrecken.According to FIG. 3, a shaft 108 in a longitudinally connected housing 110 is located in the area shown on the left in FIG. 3 (approximately between the end and middle of the shaft) of a radial inner flange of the housing and by means of a sealing ring 126 and also stored in the right end face 1101 of the housing 110 by means of a bearing 142. A pump wheel 130 is located approximately in the middle of the shaft, in which curved channels 132 are formed, which extend from an axially oriented inlet to a radially oriented outlet on the circumference of the pump wheel 130.
Zwischen dem Pumpenrad und der Stirnwand 1101 des Gehäuses befindet sich eine Saugkammer 134, in die Pumpgut in Pfeilrichtung über einen Einlaß 136 eintreten kann. Durch die Drehung des Pumpenrades 130 wird das Pumpgut in Pfeilrichtung in die Kanäle 132 gesaugt und tritt aus den Kanälen in einen ringförmigen Kanal 138, der radial außerhalb des Pumpenrades 130 durch eine entsprechende Formung des Gehäuses an der Stelle 110m gebildet ist.A suction chamber 134 is located between the pump wheel and the end wall 1101 of the housing, into which pumped material can enter via an inlet 136 in the direction of the arrow. As a result of the rotation of the pump wheel 130, the pumped material is sucked into the channels 132 in the direction of the arrow and emerges from the channels into an annular channel 138 which is formed radially outside the pump wheel 130 by a corresponding shaping of the housing at the point 110 m.
Das Fluid wird auf der Druckseite, also aus dem Ringkanal 138, durch einen Auslaßstutzen 140 ausgetragen.The fluid is discharged on the pressure side, that is to say from the annular channel 138, through an outlet connection 140.
Die in Fig. 1 und Fig. 2 nur teilweise dargestellte Pumpe kann dort im Pumpenteil 6 ähnlich ausgebildet sein, wie es bei dem Pumpenteil 106 in Fig. 3 der Fall ist.The pump shown only partially in FIG. 1 and FIG. 2 can be configured there in the pump part 6 in a similar manner as is the case with the pump part 106 in FIG. 3.
Der Elektromotor-Antriebsteil 104 der in Fig. 3 gezeigten elektrischen Pumpe unterscheidet sich von der Ausfuhrungsform nach Fig. 1 und Fig. 2.The electric motor drive part 104 of the electric pump shown in FIG. 3 differs from the embodiment according to FIGS. 1 and 2.
Ein Rotor 112 besteht aus einer geraden Anzahl von sektorförmigen Dauermagneten, die axial orientiert sind. Die äußere Stirnfläche des Rotors 112 hat nur einen sehr geringen Abstand von der Innenseite der stirnseitigen Gehäusewand 110a.A rotor 112 consists of an even number of sector-shaped permanent magnets that are axially oriented. The outer end face of the rotor 112 is only a very small distance from the inside of the front housing wall 110a.
Außen auf der Gehäusewand 110a sitzt in einem Statorhalter 120 ein Stator 124. Dieser Stator 124 enthält in nicht näher dargestellter Weise einen
scheibenförmigen Spulenträger, auf dem Statorspulen ausgebildet sind.On the outside of the housing wall 110a, a stator 124 is seated in a stator holder 120. This stator 124 contains one in a manner not shown disc-shaped coil carrier on which stator coils are formed.
Die Stromzuführungen für die Statorspulen sind bei 125 angedeutet.The current leads for the stator coils are indicated at 125.
Man erkennt, daß bei beiden Ausfuhrungsformen die Welle 8 bzw. 108 vollständig in dem Gehäuse auf¬ genommen ist. Aus Fig. 3 ist außerdem ersichtlich, daß die Welle an keiner Stelle aus dem Gehäuse austritt. An den Anschluß 136 wird ebenso wie an den Auslaßstutzen 140 eine Rohrleitung angeschlos¬ sen. Damit ist keine Stelle des Gehäuses offen, so daß auch an keiner Stelle Pumpgut lecken kann. Sollte aus der Saugkammer 134 über die Dichtungs¬ stelle des Simmerrings 126 in die den Rotor 112 aufnehmende Kammer 115 Pumpgut gelangen, so bildet sich am Boden der Kammer 115 ein Sumpf. Man kann einen mit Ventil versehenen Verbindungskanal zwischen der Kammer 115 und dem Ringkanal 138 vorsehen, um leckendes Fluid aus der Kammer 115 zu entfernen, wie dies im Prinzip in der eingangs erwähnten älteren Anmeldung (P 41 11 713) beschrie¬ ben ist.It can be seen that in both embodiments the shaft 8 or 108 is completely accommodated in the housing. From Fig. 3 it can also be seen that the shaft does not emerge from the housing at any point. A pipe is connected to the connection 136 as well as to the outlet connection 140. This means that no part of the housing is open, so that pumped goods cannot leak at any point. Should pump material come from the suction chamber 134 via the sealing point of the simmer ring 126 into the chamber 115 receiving the rotor 112, a sump forms at the bottom of the chamber 115. A valve-provided connecting channel can be provided between the chamber 115 and the ring channel 138 in order to remove leaking fluid from the chamber 115, as is described in principle in the earlier application mentioned at the beginning (P 41 11 713).
Bei den oben beschriebenen Ausfuhrungsformen trägt die das Pumpenrad antreibende Welle 8 einen Rotor 12 in der durch die Gehäusewand 10c abgetrennten Kammer, die in Fig. 1 links dargestellt ist. In einer der möglichen abgewandelten Ausfuhrungsformen der Erfindung sitzen auf der Welle 8 nebeneinander zwei Rotoren, wie dies in Fig. 4A dargestellt ist. Links bezüglich der Gehäusewand 10c sitzen auf der Welle 8 ein rechter Rotor 12A und ein linker Rotor 12B. Hiermit ausgerichtet sind auf der Außenwand des Gehäuses 10' ein Stator 24A bzw. ein Stator 24B angeordnet.
Fig. 4B zeigt eine abgewandelte Ausfuhrungsform, bei der ebenfalls zwei Rotoren und zwei Statoren vorgesehen sind, wobei sich jedoch hier das Pumpen- rad zwischen den Rotoren befindet. Zur Trennung in Kammern für die Rotoren einerseits und für das Pumpenrad andererseits besitzt das Gehäuse 10" zwei Trennwände 10"cl und 10"c2 zur Bildung einer linken und einer rechten Kammer, die jeweils einen Rotor 12C bzw. 12D aufnehmen. Ausgerichtet mit diesen Rotoren befinden sich auf der Außenseite des Gehäu¬ ses 10" Statoren 24C bzw. 25D.In the embodiments described above, the shaft 8 driving the pump wheel carries a rotor 12 in the chamber separated by the housing wall 10c, which is shown on the left in FIG. 1. In one of the possible modified embodiments of the invention, two rotors sit side by side on the shaft 8, as shown in FIG. 4A. On the left with respect to the housing wall 10c, a right rotor 12A and a left rotor 12B sit on the shaft 8. A stator 24A and a stator 24B are arranged on the outer wall of the housing 10 '. 4B shows a modified embodiment, in which two rotors and two stators are also provided, but here the pump wheel is located between the rotors. For separation into chambers for the rotors on the one hand and for the pump wheel on the other hand, the housing 10 "has two partition walls 10" cl and 10 "c2 to form a left and a right chamber, which each hold a rotor 12C or 12D. Aligned with these rotors there are 10 "stators 24C and 25D on the outside of the housing.
Die Welle 8 ist bei der Ausfuhrungsform nach Fig. 4A in der linken Stirnseite des Gehäuses 10' und in der Gehäusewand 10'c gelagert. Bei der Ausführungs¬ form nach Fig. 4B ist die Welle in beiden Stirnsei¬ ten des Gehäuses 10" und außerdem in den beiden Gehäusewänden 10"cl und 10"c2 gelagert.4A, the shaft 8 is supported in the left end face of the housing 10 'and in the housing wall 10'c. In the embodiment according to FIG. 4B, the shaft is mounted in both end faces of the housing 10 "and also in the two housing walls 10" cl and 10 "c2.
Eine Besonderheit der Erfindung ist in der oben bereits angesprochenen, speziellen Ausgestaltung des Rotors 12 zu sehen. Gemäß Fig. 5 sind die Dau¬ ermagneten 19 des Rotors 12 im Querschnitt senk- recht zur Drehachse des Rotors rechteckig, vorzugs¬ weise etwas trapezförmig ausgebildet, wobei die schmalere Seite der beiden parallelen Seiten des Trapezes radial außen liegt, also in Nachbarschaft der Bandage 18 gemäß Fig. 5. Die Magnete sind in Umfangsrichtung orientiert, d.h., in benachbarten Dauermagneten 19 sind jeweils Nord- und Südpol einander zugewandt.A special feature of the invention can be seen in the special embodiment of the rotor 12 already mentioned above. According to FIG. 5, the permanent magnets 19 of the rotor 12 are rectangular in cross section perpendicular to the axis of rotation of the rotor, preferably somewhat trapezoidal, the narrower side of the two parallel sides of the trapezoid lying radially on the outside, ie in the vicinity of the bandage 18 according to FIG. 5. The magnets are oriented in the circumferential direction, ie, in adjacent permanent magnets 19 the north and south poles face each other.
In den zwischen den Dauermagneten 19 gebildeten Lücken befinden sich im Querschnitt dreieckigeIn the gaps formed between the permanent magnets 19 there are triangular cross sections
Flußleitkeile 80, die auf der Außenseite des Ro-
tors, d.h., innen an der Bandage 18, bündig mit den Außenflächen der Dauermagneten 19 abschließen.Flow guide wedges 80, which are on the outside of the Ro- tors, ie, on the inside of the bandage 18, flush with the outer surfaces of the permanent magnets 19.
Wie im einzelnen in Fig. 6 dargestellt ist, haben die Dauermagneten 19 eine radiale Höhe b, während die außen befindliche Fläche der Flußleitkeile 80 eine Breite 2a besitzt. Der Querschnitt der Dauer¬ magneten 19 und der Flußleitkeile 80 ist so ge¬ wählt, daß die Höhe b größer ist als der Wert a, also größer als die halbe Breite der Flußleitkeile 80. Durch diese Maßnahme wird erreicht, daß sich die durch die Flußleitkeile 80 nach oben, also in radialer Richtung umgelenkten Kraftlinien im Be¬ reich der Austrittsflächen der Flußleitkeile 80 stark konzentrieren.
As shown in detail in Fig. 6, the permanent magnets 19 have a radial height b, while the outer surface of the flux guide wedges 80 has a width 2a. The cross section of the permanent magnets 19 and the flux guide wedges 80 is selected such that the height b is greater than the value a, that is to say greater than half the width of the flux guide wedges 80. This measure ensures that the through the flow guide wedges 80 upward, that is to say strongly concentrate lines of force deflected in the radial direction in the region of the exit surfaces of the flow guide wedges 80.